JP2010272640A - 照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所期状態で物体を照明できる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、光源から供給された照射光に基づいて第１面を照明する。照明装置は、光源からの照射光を第１偏光状態の第１照射光と第２偏光状態の第２照射光とに分離する偏光分離光学素子と、二次元的に配列され、偏光分離光学素子からの第１照射光を反射可能な第１反射素子を複数有し、複数の第１反射素子の反射面のそれぞれが第１面と光学的に共役位置に配置される第１空間光変調器と、二次元的に配列され、偏光分離光学素子からの第２照射光を反射可能な第２反射素子を複数有し、複数の第２反射素子の反射面のそれぞれが第１面と光学的に共役位置に配置される第２空間光変調器と、複数の第１反射素子及び第２反射素子を制御して、第１照射光が照射される第１面における第１照度分布、及び第２照射光が照射される第１面における第２照度分布を調整する制御装置とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

マイクロデバイス、電子デバイス等の製造工程で使用される露光装置は、マスクを露光光で照明する照明装置を有し、そのマスクを介した露光光で基板を露光する。下記特許文献には、照明装置及び露光装置に関する技術の一例が開示されている。

米国特許出願公開第２００７／０２７９５３５号明細書 国際公開第２００７／０９４４１４号パンフレット

露光装置においては、マスクを所期状態で照明することが重要である。例えば、照明装置がマスクを所期状態で照明できない場合、基板に形成されるパターンに欠陥が生じる等、露光不良が発生する可能性がある。その結果、不良デバイスが発生する可能性がある。

本発明の態様は、所期状態で物体を照明できる照明装置を提供することを目的とする。また本発明の態様は、露光不良の発生を抑制できる露光装置を提供することを目的とする。また本発明の態様は、不良デバイスの発生を抑制できるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、光源から供給された照射光に基づいて第１面を照明する照明装置であって、光源からの照射光を第１偏光状態の第１照射光と第２偏光状態の第２照射光とに分離する偏光分離光学素子と、二次元的に配列され、偏光分離光学素子からの第１照射光を反射可能な第１反射素子を複数有し、複数の第１反射素子の反射面のそれぞれが第１面と光学的に共役位置に配置される第１空間光変調器と、二次元的に配列され、偏光分離光学素子からの第２照射光を反射可能な第２反射素子を複数有し、複数の第２反射素子の反射面のそれぞれが第１面と光学的に共役位置に配置される第２空間光変調器と、複数の第１反射素子及び第２反射素子を制御して、第１照射光が照射される第１面における第１照度分布、及び第２照射光が照射される第１面における第２照度分布を調整する制御装置と、を備える照明装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１面の像を第２面に投影する露光装置であって、第１面を所定の照明領域で照明する第１の態様の照明装置を備える露光装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、第２の態様の露光装置を用いて基板を露光することと、露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、所期状態で物体を照明できる照明装置が提供される。また本発明の態様によれば、露光不良の発生を抑制できる露光装置が提供される。また本発明の態様によれば、不良デバイスの発生を抑制できるデバイス製造方法が提供される。

本実施形態に係る照明装置を備える露光装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る照明装置の一部を示す図である。 本実施形態に係る空間光変調器の一例を示す図である。 本実施形態に係る露光装置の動作の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る投影領域の照度分布の一例を説明するための模式図である。 デバイスの製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

図１は、本実施形態に係る照明装置ＩＳを備えた露光装置ＥＸの一例を示す概略構成図である。

図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージＭＳと、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージＰＳと、光源ＬＳから供給された露光光ＥＬに基づいてマスクＭを照明する光学系ＩＬを有する照明装置ＩＳと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置ＣＮＴとを備えている。

マスクＭは、基板Ｐに投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。マスクＭは、例えばガラス板等の透明板と、その透明板上にクロム等の遮光材料を用いて形成されたパターンとを有する透過型マスクを含む。なお、マスクＭとして、反射型マスクを用いることもできる。

基板Ｐは、デバイスを製造するための基板である。基板Ｐは、例えば半導体ウエハ等の基材と、その基材上に形成された多層膜とを含む。多層膜は、少なくとも感光膜を含む複数の膜が積層された膜である。感光膜は、感光材で形成された膜である。また、多層膜が、例えば反射防止膜を含んでもよい。

照明装置ＩＳは、光源ＬＳから供給された露光光ＥＬに基づいて所定の照明領域ＩＲに露光光ＥＬを照射する光学系ＩＬを有する。照明領域ＩＲは、照明装置ＩＳの光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬの照射領域である。照明装置ＩＳは、照明領域ＩＲに配置されたマスクＭの少なくとも一部を、所定の照度分布の露光光ＥＬで照明する。

本実施形態においては、露光光ＥＬとして、紫外光（真空紫外光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いる。本実施形態において、光源ＬＳは、ＡｒＦエキシマレーザ光を射出可能なレーザ装置である。光源ＬＳは、パルス状の露光光（レーザ光）ＥＬを発する。

なお、照明装置ＩＳから射出される露光光ＥＬとして、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）等が用いられてもよい。

光学系ＩＬは、光源ＬＳから射出された露光光ＥＬが供給されるビーム送光部１と、ビーム送光部１からの露光光ＥＬが供給される第１光学ユニットＳＵ１と、第１光学ユニットＳＵ１からの露光光ＥＬが供給されるリレー光学系４と、リレー光学系４からの露光光ＥＬが供給されるマイクロフライアイレンズ５と、マイクロフライアイレンズ５からの露光光ＥＬが供給されるコンデンサー光学系７と、コンデンサー光学系７からの露光光ＥＬが供給される第２光学ユニットＳＵ２と、第２光学ユニットＳＵ２からの露光光ＥＬが供給される結像光学系９とを備えている。

ビーム送光部１は、光源ＬＳからの露光光ＥＬを適切な大きさ及び形状の断面を有する露光光ＥＬに変換して、第１光学ユニットＳＵ１に供給する。ビーム送光部１は、第１光学ユニットＳＵ１に入射する露光光ＥＬの位置変動及び角度変動をアクティブに補正可能である。

第１光学ユニットＳＵ１は、二次元的に配列された複数の反射素子を有する空間光変調器３と、ビーム送光部１を経て第１光学ユニットＳＵ１に入射した露光光ＥＬを空間光変調器３へ導き、且つ、空間光変調器３を経た露光光ＥＬをリレー光学系４へ導く導光部材２とを備えている。空間光変調器３は、空間光変調器本体３ａと、空間光変調器本体３ａを駆動する駆動部３ｂとを含む。空間光変調器本体３ａは、複数の反射素子を含み、駆動部３ｂは、それら反射素子を駆動する。第１光学ユニットＳＵ１から射出された露光光ＥＬは、リレー光学系４を介して、マイクロフライアイレンズ５に入射する。

リレー光学系４は、その前側焦点位置と空間光変調器３の複数の反射素子の配列面の位置とがほぼ一致し、且つ、その後側焦点位置とマイクロフライアイレンズ５の入射面５ａの位置とがほぼ一致するように設定されている。空間光変調器３を経た露光光ＥＬは、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに、複数の反射素子の姿勢に応じた所望の光強度分布を形成する。

マイクロフライアイレンズ５は、ＸＺ平面内において複数配列された微小レンズからなる光学素子である。複数の微小レンズのそれぞれは、正屈折力を有する。マイクロフライアイレンズ５の微小レンズは、平行平面板をエッチング処理することによって形成される。

マイクロフライアイレンズ５は、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズと異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が複数配列されている点において、マイクロフライアイレンズは、フライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。

マイクロフライアイレンズ５における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクＭ上において形成すべき照明領域（照野）の形状、ひいては基板Ｐ上において形成すべき投影領域の形状と相似な矩形状である。

なお、マイクロフライアイレンズ５として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの一例は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。

マイクロフライアイレンズ５に入射した露光光ＥＬは、多数の微小レンズにより二次元的に分割される。マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面又はその近傍の照明瞳には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面又はその近傍に形成された二次光源からの露光光ＥＬは、その近傍に配置された開口絞り６に入射する。

開口絞り６は、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面又はその近傍に形成される二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する。開口絞り６により制限された二次光源からの露光光ＥＬは、コンデンサー光学系７を介して、第２光学ユニットＳＵ２に入射する。

第２光学ユニットＳＵ２は、光源ＬＳからの露光光ＥＬを第１偏光状態の第１露光光ＥＬ１と第２偏光状態の第２露光光ＥＬ２とに分離する偏光分離光学素子３０と、二次元的に配列され、偏光分離光学素子３０からの第１露光光ＥＬ１を反射可能な第１反射素子１１を複数有し、複数の第１反射素子１１の反射面Ｒ１のそれぞれがマスクＭの下面ＳＲと光学的に共役位置に配置される第１空間光変調器１０と、二次元的に配列され、偏光分離光学素子３０からの第２露光光ＥＬ２を反射可能な第２反射素子２１を複数有し、複数の第２反射素子２１の反射面Ｒ２のそれぞれがマスクＭの下面ＳＲと光学的に共役位置に配置される第２空間光変調器２０とを備えている。

また、第２光学ユニットＳＵ２は、第１空間光変調器１０からの第１露光光ＥＬ１、及び第２空間光変調器２０からの第２露光光ＥＬ２を合成する合成光学素子４０を備えている。

本実施形態において、第２光学ユニットＳＵ２は、第１プリズム部材１３と、第２プリズム部材１４とを有する。本実施形態において、偏光分離光学素子３０及び合成光学素子４０は、第１プリズム部材１３に配置されている。

第１プリズム部材１３の少なくとも一部は、光学系ＩＬの光軸ＡＸ１上に配置されている。第２プリズム部材１４の少なくとも一部は、光学系ＩＬの光軸ＡＸ１上に配置されている。第１空間光変調器１０は、光学系ＩＬの光軸ＡＸ１外に配置されている。第２空間光変調器２０は、光学系ＩＬの光軸ＡＸ１外に配置されている。

コンデンサー光学系７は、マイクロフライアイレンズ５からの露光光ＥＬで、第２光学ユニットＳＵ２の第１プリズム部材１３を重畳的に照明する。コンデンサー光学系７からの露光光ＥＬの少なくとも一部は、第１プリズム部材１３を介して、第１空間光変調器１０へ導かれる。また、コンデンサー光学系７からの露光光ＥＬの少なくとも一部は、第１プリズム部材１３及び第２プリズム部材１４を介して、第２空間光変調器２０へ導かれる。第１空間光変調器１０を経た露光光ＥＬの少なくとも一部は、第１プリズム部材１３に供給され、その第１プリズム部材１３を介して、結像光学系９に供給される。第２空間光変調器２０を経た露光光ＥＬの少なくとも一部は、第２プリズム部材１４に供給され、第２プリズム部材１４及び第１プリズム部材１３を介して、結像光学系９に供給される。

結像光学系９は、第２光学ユニットＳＵ２からの露光光ＥＬ（第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２）を集光して、照明領域ＩＲに照射する。

マスクステージＭＳは、照明領域ＩＲに対して、マスクＭを保持して移動可能である。マスクステージＭＳは、マスクＭの下面ＳＲとＸＹ平面とが平行となるように、マスクＭを保持する。本実施形態において、マスクＭのパターンは、下面ＳＲに配置されている。すなわち、下面ＳＲは、マスクＭのパターン形成面である。本実施形態において、マスクステージＭＳは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。

投影光学系ＰＬは、所定の投影領域ＰＲに露光光ＥＬを照射する。投影光学系ＰＬは、投影領域ＰＲに配置された基板Ｐの少なくとも一部に、マスクＭのパターンの像を所定の投影倍率で投影する。本実施形態の投影光学系ＰＬは、その投影倍率が例えば１／４、１／５、又は１／８等の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。本実施形態においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ２はＺ軸と平行である。また、投影光学系ＰＬは、反射光学素子を含まない屈折系、屈折光学素子を含まない反射系、反射光学素子と屈折光学素子とを含む反射屈折系のいずれであってもよい。また、投影光学系ＰＬは、倒立像と正立像とのいずれを形成してもよい。

基板ステージＰＳは、投影領域ＰＲに対して、基板Ｐを保持して移動可能である。基板ステージＰＳは、基板Ｐの露光面（表面）とＸＹ平面とが平行となるように、基板Ｐを保持する。本実施形態において、基板ステージＰＳは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。

本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向に同期移動しながら、マスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）である。基板Ｐの露光時、制御装置ＣＮＴは、マスクステージＭＳ及び基板ステージＰＳを制御して、マスクＭ及び基板Ｐを、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ２（露光光ＥＬの光路）と交差するＸＹ平面内の所定の走査方向に移動する。本実施形態においては、基板Ｐの走査方向（同期移動方向）をＹ軸方向とし、マスクＭの走査方向（同期移動方向）もＹ軸方向とする。制御装置ＣＮＴは、照明領域ＩＲに対してマスクＭを保持したマスクステージＭＳをＹ軸方向に移動するとともに、そのマスクステージＭＳのＹ軸方向への移動と同期して、投影領域ＰＲに対して基板Ｐを保持した基板ステージＰＳをＹ軸方向に移動しつつ、照明装置ＩＳによってマスクＭを露光光ＥＬで照明して、マスクＭからの露光光ＥＬを投影光学系ＰＬを介して基板Ｐに照射する。これにより、照明領域ＩＲに配置されたマスクＭの下面ＳＲのパターンの像が投影光学系ＰＬにより基板Ｐの表面に投影され、基板Ｐは露光光ＥＬで露光される。

次に、本実施形態に係る第２光学ユニットＳＵ２について説明する。図２は、第２光学ユニットＳＵ２の近傍を示す拡大図である。

図１及び図２において、第２光学ユニットＳＵ２は、光学系ＩＬの光軸ＡＸ１上に配置され、偏光分離光学素子３０及び合成光学素子４０を有する第１プリズム部材１３と、光軸ＡＸ１上に配置された第２プリズム部材１４と、光軸ＡＸ１外に配置された第１空間光変調器１０と、光軸ＡＸ１外に配置された第２空間光変調器２０とを備えている。

第１プリズム部材１３は、コンデンサー光学系７に面するように配置され、光源ＬＳ（コンデンサー光学系７）からの露光光ＥＬが入射する入射面Ｆ１と、結像光学系９に面するように配置され、マスクＭ（結像光学系９）側に露光光ＥＬを射出する射出面Ｆ２と、入射面Ｆ１の＋Ｚ側の端と射出面Ｆ２の＋Ｚ側の端とを結ぶように設けられた側面Ｆ３と、入射面Ｆ１の−Ｚ側の端に接続された第１斜面Ｆ４と、射出面Ｆ２の−Ｚ側の端に接続された第２斜面Ｆ５とを有する。

偏光分離光学素子３０は、第１斜面Ｆ４の少なくとも一部に配置されている。第１斜面Ｆ４は、偏光分離面である。第１斜面Ｆ４に配置された偏光分離光学素子３０は、入射面Ｆ１から入射した露光光ＥＬを、第１偏光状態の第１露光光ＥＬ１と、第２偏光状態の第２露光光ＥＬ２とに分離する。第１露光光ＥＬ１は、例えばＳ偏光状態の光を主成分とし、第２露光光ＥＬ２は、例えばＰ偏光状態の光を主成分とする。

本実施形態において、偏光分離光学素子３０からの第１露光光ＥＬ１は、第１プリズム部材１３の内部を介して、側面Ｆ３に導かれる。第１空間光変調器１０は、側面Ｆ３と対向する位置に配置されている。側面Ｆ３に導かれた第１露光光ＥＬ１は、その側面Ｆ３より射出され、第１空間光変調器１０に供給される。

第２プリズム部材１４は、第１プリズム部材１３の第１斜面Ｆ４の少なくとも一部と対向する第１内面反射面Ｆ６と、第１プリズム部材１３の第２斜面Ｆ５の少なくとも一部と対向する第２内面反射面Ｆ７と、第１プリズム部材１３の第１斜面Ｆ４と平行に隣接する第１斜面Ｆ８と、第１プリズム部材１３の第２斜面Ｆ５と平行に隣接する第２斜面Ｆ９と、第１斜面Ｆ８の端と第２斜面Ｆ９の端とに接続された側面Ｆ１０とを有する。偏光分離光学素子３０からの第２露光光ＥＬ２は、第１プリズム部材１３の外部に射出され、第１斜面Ｆ８を経て第１内面反射面Ｆ６に導かれる。第２空間光変調器２０は、第２プリズム部材１４の側面Ｆ１０と対向する位置に配置されている。偏光分離光学素子３０からの第２露光光ＥＬ２は、第１内面反射面Ｆ６で反射した後、第２プリズム部材１４の内部を通過して側面Ｆ１０から射出され、第２空間光変調器２０に供給される。

第１空間光変調器１０は、二次元的に配列され、偏光分離光学素子３０からの第１露光光ＥＬ１を反射可能な第１反射素子１１を複数有する。第１反射素子１１のそれぞれは、入射した第１露光光ＥＬ１を反射可能な反射面Ｒ１を有する。

第２空間光変調器２０は、二次元的に配列され、偏光分離光学素子３０からの第２露光光ＥＬ２を反射可能な第２反射素子２１を複数有する。第２反射素子２１のそれぞれは、入射した第２露光光ＥＬ２を反射可能な反射面Ｒ２を有する。

すなわち、本実施形態において、第１，第２空間光変調器１０．２０は、反射型空間光変調器である。

本実施形態において、第２光学ユニットＳＵ２とマスクＭとの間に配置される結像光学系９は、第１空間光変調器１０の複数の第１反射素子１１の反射面（配列面）Ｒ１、及び第２空間光変調器２０の複数の第２反射素子２１の反射面（配列面）Ｒ２を、マスクＭの下面ＳＲと共役にする。これにより、複数の第１反射素子１１の反射面Ｒ１のそれぞれは、マスクＭの下面ＳＲと光学的に共役位置に配置される。複数の第２反射素子２１の反射面Ｒ２のそれぞれは、マスクＭの下面ＳＲと光学的に共役位置に配置される。

側面Ｆ３より射出され、第１空間光変調器１０に供給された第１露光光ＥＬ１は、第１空間光変調器１０の反射面Ｒ１に入射する。反射面Ｒ１は、側面Ｆ３からの第１露光光ＥＬを反射して、側面Ｆ３に供給する。反射面Ｒ１から供給され、側面Ｆ３に入射した第１露光光ＥＬ１は、第１プリズム部材１３の内部を通過して、第２斜面Ｆ５に入射する。

側面Ｆ１０より射出され、第２空間光変調器２０に供給された第２露光光ＥＬ２は、第２空間光変調器２０の反射面Ｒ２に入射する。反射面Ｒ２は、側面Ｆ１０からの第２露光光ＥＬ２を反射して、側面Ｆ１０に供給する。反射面Ｒ２から供給され、側面Ｆ１０に入射した第２露光光ＥＬ２は、第２プリズム部材１４の内部を通過して第２内面反射面Ｆ７で反射された後に第２斜面Ｆ５に入射する。

合成光学素子４０は、第２斜面Ｆ５の少なくとも一部に配置されている。本実施形態において、合成光学素子４０は、第１空間光変調器１０と結像光学系９との間の光路であって、且つ、第２空間光変調器２０と結像光学系９との間の光路に配置されている。第２斜面Ｆ５に配置された合成光学素子４０は、第１空間光変調器１０からの第１露光光ＥＬ１と、第２空間光変調器２０からの第２露光光ＥＬ２とを合成する。合成光学素子４０で合成された第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２は、第１プリズム部材１３の内部を介して、射出面Ｆ２に供給される。射出面Ｆ２に供給され、その射出面Ｆ２より射出された第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２は、結像光学系９を介して、マスクＭの下面ＳＲに導かれる。

本実施形態において、合成光学素子４０は、結像光学系９（光学系ＩＬ）の光軸ＡＸ１の位置で、第１空間光変調器１０からの第１露光光ＥＬ１、及び第２空間光変調器２０からの第２露光光ＥＬ２を合成する。合成光学素子４０は、第１空間光変調器１０からの第１露光光ＥＬ１と、第２空間光変調器２０からの第２露光光ＥＬ２とを同軸で合成する。なお、合成光学素子４０は、非同軸で第１露光光ＥＬ１と第２露光光ＥＬ２とを合成してもよい。

なお、本実施形態においては、第１プリズム部材１３は、直方体の光学ガラスの１つの側面がＶ字状の楔形に凹んだ形状を有する。第１斜面Ｆ４と第２斜面Ｆ５とは、接線ＴＬにおいて結ばれる。第１斜面Ｆ４と第２斜面Ｆ５とがなす角度θＴは、鈍角である。

本実施形態において、入射面Ｆ１と第１斜面Ｆ４とがなす角度θ１は、４５度より大きい。また、本実施形態においては、射出面Ｆ２と第２斜面Ｆ５とがなす角度θ２は、４５度より大きい。本実施形態において、角度θ１と角度θ２とは、等しい。

一例として、本実施形態において、角度θ１及び角度θ２は、６０度である。また、第１斜面Ｆ４と第２斜面Ｆ５とがなす角度θＴは、１２０度である。また、入射面Ｆ１と側面Ｆ３とがなす角度は、９０度であり、射出面Ｆ２と側面Ｆ３とがなす角度は、９０度である。

なお、角度θ１と角度θ２とが、異なってもよい。

本実施形態において、第１プリズム部材１３は、入射面Ｆ１と光軸ＡＸ１とが垂直に交わるように、且つ、射出面Ｆ２と光軸ＡＸ１とが垂直に交わるように、光軸ＡＸ１上に配置される。また、本実施形態において、側面Ｆ３は、光軸ＡＸ１とほぼ平行に配置される。本実施形態において、第１プリズム部材１３は、側面Ｆ３とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、光軸ＡＸ１上に配置される。また、第１プリズム部材１３は、第１斜面Ｆ４がＸＺ平面を角度θ１だけ傾斜させた面と平行となり、且つ、第２斜面Ｆ５がＸＺ平面を角度θ２だけ傾斜させた面と平行となるように、光軸ＡＸ１上に配置される。

本実施形態において、第２プリズム部材１４は、第１内面反射面Ｆ６と第２傾斜面Ｆ５とが平行、且つ、第２内面反射面Ｆ７と第１傾斜面Ｆ４とが平行となるように配置されている。なお、第１内面反射面Ｆ６と第２傾斜面Ｆ５とは非平行でもよい。第２内面反射面Ｆ７と第１傾斜面Ｆ４とは非平行でもよい。

また、本実施形態においては、第１空間光変調器１０は、下面ＳＲと反射面Ｒ１の少なくとも一部とが、鏡映対称となるように、反射面Ｒ１が光軸ＡＸ１に対して傾斜するように配置される。すなわち、反射面Ｒ１は、光軸ＡＸ１と垂直な下面ＳＲに対して光学的に共役位置において、下面ＳＲと鏡映対称（面対称）となるように、光軸ＡＸ１外において光軸ＡＸ１に対して所定の角度で傾斜している。第２空間光変調器２０は、反射面Ｒ１と反射面Ｒ２とが鏡映対称となるように、反射面Ｒ２が光軸ＡＸ１に対して傾斜するように配置される。

第１空間光変調器１０は、偏光分離光学素子３０からの第１露光光ＥＬ１の第１空間光変調器１０に入射する位置に応じて、その第１露光光ＥＬ１に空間的な変調を与える。本実施形態において、第１空間光変調器１０は、二次元的に配列された第１反射素子１１を複数有する。本実施形態においては、複数の第１反射素子１１のそれぞれが、反射面Ｒ１を有する。本実施形態において、第１空間光変調器（反射型空間光変調器）１０は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を含む。複数の第１反射素子１１のそれぞれは、独立して可動である。

本実施形態において、第２光学ユニットＳＵ２は、複数の第１反射素子１１のそれぞれを独立して駆動可能な駆動部１２を備えている。駆動部１２は、制御装置ＣＮＴに制御される。制御装置ＣＮＴは、駆動部１２を制御して、複数の第１反射素子１１の姿勢を独立して制御することができる。第１反射素子１１の姿勢は、第１反射素子１１の傾斜角度及び傾斜方向の少なくとも一方を含む。第１反射素子１１の姿勢が制御されることによって、その第１反射素子１１の反射面Ｒ１の傾斜角度及び傾斜方向の少なくとも一方が制御される。

図３は、第１空間光変調器１０の第１反射素子１１の一例を示す図である。図３に示すように、第１空間光変調器１０は、反射面Ｒ１をそれぞれ有し、二次元的に配列された第１反射素子１１を複数有する。複数の第１反射素子１１のそれぞれは、可動である。複数の第１反射素子１１それぞれの反射面Ｒ１の傾き（傾斜角度及び傾斜方向）は、制御装置ＣＮＴによって制御される。各第１反射素子１１は、反射面Ｒ１に平行な二方向であって、互いに直交する二方向を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的に回転することができる。すなわち、各第１反射素子１１は、反射面Ｒ１に沿った二次元で傾斜を制御することができる。

本実施形態においては、複数の第１反射素子１１の全ての反射面Ｒ１が１つの平面（下面ＳＲと鏡映対称な面）に沿って配置された基準状態において、側面Ｆ３を介して反射面Ｒ１に入射した露光光ＥＬが、各第１反射素子１１の反射面Ｒ１で反射して、側面Ｆ３、第２斜面Ｆ５、及び射出面Ｆ２を介して、マスクＭ側に射出され、マスクＭの下面ＳＲに基準照度で照射される。一方、基準状態に対して反射面Ｒ１が第１の傾斜状態で傾斜されることによって、その基準状態に対して第１の傾斜状態で傾斜された反射面Ｒ１に入射した第１露光光ＥＬ１は、基準照度と異なる第１照度で、マスクＭの下面ＳＲに照射される。また、基準状態に対して反射面Ｒ１が第２の傾斜状態で傾斜されることによって、その基準状態に対して第２の傾斜状態で傾斜された反射面Ｒ１に入射した露光光ＥＬは、基準照度及び第１照度と異なる第２照度で、マスクＭの下面ＳＲに照射される。また、基準状態に対して反射面Ｒ１が所定の傾斜状態で傾斜されることによって、その所定の傾斜状態で傾斜された反射面Ｒ１に入射した第１露光光ＥＬ１は、マスクＭ側に射出されない。したがって、制御装置ＣＮＴは、複数の第１反射素子１１の姿勢を制御して、第１露光光ＥＬ１が照射されるマスクＭの下面ＳＲ（ひいては基板Ｐの表面）における第１露光光ＥＬ１の照度分布を調整することができる。また、制御装置ＣＮＴは、複数の第１反射素子１１の姿勢を制御して、マスクＭの下面ＳＲ（基板Ｐの表面）において第１露光光ＥＬ１が照射される照射領域の形状を調整することができる。

第２空間光変調器２０は、第１空間光変調器１０とほぼ同じ構成である。すなわち、第２空間光変調器２０は、ＤＭＤを含む。制御装置ＣＮＴは、第２空間光変調器２０の複数の第２反射素子２１の姿勢を制御して、マスクＭの下面ＳＲ（基板Ｐの表面）における第２露光光ＥＬ２の照度分布を調整することができる。また、制御装置ＣＮＴは、複数の第２反射素子２１の姿勢を制御して、マスクＭの下面ＳＲ（基板Ｐの表面）において第２露光光ＥＬ２が照射される照射領域の形状を調整することができる。

次に、上述の構成を有する照明装置ＩＳを備える露光装置ＥＸの動作の一例について説明する。マスクステージＭＳにマスクＭが保持され、基板ステージＰＳに基板Ｐが保持された後、制御装置ＣＮＴは、基板Ｐの露光処理を開始する。制御装置ＣＮＴは、照明装置ＩＳより露光光ＥＬ（第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２）を射出して、マスクステージＭＳに保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する。露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像は、基板ステージＰＳに保持される基板Ｐに投影される。このように、照明装置ＩＳは、マスクＭを露光光ＥＬで照明して、マスクＭのパターン及び投影光学系ＰＬを介して基板Ｐに露光光ＥＬ１を照射して、その基板Ｐを露光する。

図４は、基板ステージ２に保持された基板Ｐの一例を示す図である。図４に示すように、基板Ｐ上には、露光対象領域である複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１がマトリクス状に設定される。制御装置ＣＮＴは、それら複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を順次露光する。

上述したように、本実施形態の露光装置ＥＸは、走査型露光装置である。各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を露光するとき、制御装置ＣＮＴは、マスクステージＭＳ及び基板ステージＰＳを制御して、照明領域ＩＲに対してマスクＭをＹ軸方向に移動しながら、そのマスクＭの移動と同期して、基板ＰをＹ軸方向に移動しつつ、各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を順次露光する。

また、制御装置ＣＮＴは、あるショット領域（例えば第１ショット領域Ｓ１）の露光が終了した後、次のショット領域（例えば第２ショット領域Ｓ２）を露光するために、投影光学系ＰＬからの露光光ＥＬの射出を停止した状態で、投影領域ＰＲが次のショット領域の露光開始位置に配置されるように、基板ステージＰＳを制御して、投影光学系ＰＬに対して基板ＰをＸＹ平面内の所定方向に移動する。

本実施形態においては、制御装置ＣＮＴは、投影領域ＰＲが、図４中、例えば矢印ＹＪに沿って移動するように、投影光学系ＰＬと基板Ｐ（基板ステージＰＳ）を相対的に移動しつつ、投影光学系ＰＬから露光光ＥＬを射出して、投影領域ＰＲに露光光ＥＬを照射して、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を順次露光する。

図５は、ショット領域Ｓ１（Ｓ２〜Ｓ２１）と、露光光ＥＬ（第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２）が照射される投影領域ＰＲとの関係を示す図である。ショット領域Ｓ１を露光するとき、投影領域ＰＲに対してショット領域Ｓ１（基板Ｐ）がＹ軸方向に移動する。ＸＹ平面内における投影領域ＰＲの大きさは、ショット領域Ｓ１の大きさより小さい。本実施形態において、Ｘ軸方向（非走査方向）に関して、投影領域ＰＲの大きさと、ショット領域Ｓ１の大きさとは、ほぼ等しく、Ｙ軸方向（走査方向）に関して、投影領域ＰＲの大きさは、ショット領域Ｓ１の大きさより小さい。本実施形態において、ＸＹ平面内における投影領域ＰＲの形状は、Ｘ軸方向に長い矩形状（長方形状）である。

本実施形態においては、制御装置ＣＮＴは、第１，第２空間光変調器１０，２０の複数の第１，第２反射素子１１，２１を制御して、照明領域ＩＲの照度分布を制御する。本実施形態において、照明領域ＩＲの照度分布と、投影領域ＰＲの照度分布とは対応する。照明領域ＩＲの照度分布が制御されることによって、投影領域ＰＲの照度分布も制御される。以下、第１，第２空間光変調器１０，２０を用いて、投影領域ＰＲの照度分布を制御する場合を例にして説明する。

図５に示すように、本実施形態においては、制御装置ＣＮＴは、Ｙ軸方向（走査方向）に関して投影領域ＰＲの中央部分ＡＲ１の照度分布がほぼ均一になり、Ｙ軸方向（走査方向）に関する基板Ｐの移動方向前方側の投影領域ＰＲの第１エッジ（図５においては−Ｙ側のエッジ）ＥＧ１を含む第１周縁部分ＡＲ２１の照度分布が、第１エッジＥＧ１に向かって徐々に小さくなり、移動方向後方側の投影領域ＰＲの第２エッジ（図５においては＋Ｙ側のエッジ）ＥＧ２を含む第２周縁部分ＡＲ２２の照度分布が、第２エッジＥＧ２に向かって除々に小さくなるように、第１，第２空間光変調器１０，２０の各第１，第２反射素子１１，２１を制御して、投影領域ＰＲの照度分布を調整する。

上述のように、本実施形態の光源ＬＳは、パルス状の露光光（レーザ光）ＥＬを発する。本実施形態において、１つのショット領域Ｓ１（Ｓ２〜Ｓ２１）の露光を開始してから終了するまでの間に、光源ＬＳは、パルス状の露光光ＥＬを数十回発する。

本実施形態においては、投影領域ＰＲの照度分布が図５に示したような照度分布を有するので、１つのショット領域Ｓ１（Ｓ２〜Ｓ２１）について、走査方向に関する露光量ムラの発生を抑制することができる。

また、制御装置ＣＮＴは、第１露光光ＥＬ１による投影領域の形状を調整することができる。また、制御装置ＣＮＴは、第２露光光ＥＬ２による投影領域の形状を調整することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、光源ＬＳからの露光光ＥＬを偏光分離光学素子３０によって第１露光光ＥＬ１と第２露光光ＥＬ２とに分離し、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２で基板Ｐを露光する場合において、それら第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２の照度分布を、第１，第２空間光変調器１０，２０を用いて任意に調整することができる。また、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２の照度分布を調整することによって、１つのショット領域について、走査方向に関する露光量ムラの発生を抑制することができる。したがって、基板Ｐに形成されるパターンの線幅が不均一になることを抑制でき、パターン欠陥が発生することを抑制できる。

なお、本実施形態において、第１露光光ＥＬ１の照度分布と第２露光光ＥＬ２の照度分布とが同じであることとしたが、異なってもよい。また、第１露光光ＥＬ１による投影領域の形状と、第２露光光ＥＬ２による投影領域の形状とが、同じでもよいし、異なってもよい。また、第１露光光ＥＬ１及び第２露光光ＥＬ２を用いて基板Ｐを露光してもよいし、いずれか一方を用いて基板Ｐを露光してもよい。

なお、上述の実施形態の基板Ｐとしては、ディスプレイデバイス用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

なお、露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを介した露光光ＥＬで基板Ｐを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

また、露光装置ＥＸとして、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明を適用することができる。

また、本発明は、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、米国特許第６２６２７９６号明細書等に開示されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

また、本発明は、米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような、基板を保持する基板ステージと、基板を保持せずに、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置を採用することができる。

露光装置ＥＸの種類としては、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

上述の実施形態の露光装置ＥＸは、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイス、ディスプレイデバイス、電子デバイス等のデバイスは、図６に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスクＭを製作するステップ２０２、基板Ｐを製造するステップ２０３、上述の実施形態に従って、マスクＭのパターンからの露光光ＥＬで基板Ｐを露光して、パターンを基板Ｐに転写する転写工程、及びパターンが転写された基板Ｐを現像し、パターンに対応する形状の転写パターン層を基板Ｐに形成する現像工程を含む基板処理ステップ２０４、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージ工程等、転写パターン層を介して基板Ｐを加工する加工工程を含むデバイス組み立てステップ２０５、及び検査ステップ２０６等を経て製造される。

なお、上述の実施形態及び変形例の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

なお、上述の実施形態では、照明装置ＩＳを、基板を露光する露光装置ＥＸに適用するものとして説明したが、露光装置ＥＸに限定されない。例えば、例えば基板Ｐに設けられた複数の被処理領域を顕微鏡等で順次観察して検査する検査装置等にも、本発明の照明装置ＩＳを適用することができる。

９…結像光学系、１０…第１空間光変調器、１１…第１反射素子、１３…第１プリズム部材、１４…第２プリズム部材、２０…第２空間光変調器、２１…第２反射素子、３０…偏光分離光学素子、４０…合成光学素子、ＡＸ１…光軸、ＣＮＴ…制御装置、ＥＬ…露光光、ＥＬ１…第１露光光、ＥＬ２…第２露光光、ＥＸ…露光装置、ＩＬ…光学系、ＩＲ…照明領域、ＩＳ…照明装置、ＬＳ…光源、Ｍ…マスク、ＭＳ…マスクステージ、Ｒ１…反射面、Ｒ２…反射面、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、ＰＲ…投影領域、ＰＳ…基板ステージ、ＳＲ…下面

Claims (11)

1. 光源から供給された照射光に基づいて第１面を照明する照明装置であって、
   前記光源からの前記照射光を第１偏光状態の第１照射光と第２偏光状態の第２照射光とに分離する偏光分離光学素子と、
   二次元的に配列され、前記偏光分離光学素子からの前記第１照射光を反射可能な第１反射素子を複数有し、複数の前記第１反射素子の反射面のそれぞれが前記第１面と光学的に共役位置に配置される第１空間光変調器と、
   二次元的に配列され、前記偏光分離光学素子からの前記第２照射光を反射可能な第２反射素子を複数有し、複数の前記第２反射素子の反射面のそれぞれが前記第１面と光学的に共役位置に配置される第２空間光変調器と、
   複数の前記第１反射素子及び前記第２反射素子を制御して、前記第１照射光が照射される前記第１面における第１照度分布、及び前記第２照射光が照射される前記第１面における第２照度分布を調整する制御装置と、を備える照明装置。
2. 前記制御装置は、前記第１，第２照射光が照射される前記第１面における第１，第２照射領域の中央部分の照度分布がほぼ均一になり、周縁部分の照度分布が前記第１，第２照射領域のエッジに向かって徐々に小さくなるように制御する請求項１記載の照明装置。
3. 前記制御装置は、前記第１，第２照射領域の形状を調整可能である請求項２記載の照明装置。
4. 前記第１空間光変調器からの前記第１照射光、及び前記第２空間光変調器からの前記第２照射光を前記第１面に導く導光光学系を備える請求項１〜３のいずれか一項記載の照明装置。
5. 前記第１空間光変調器からの前記第１照射光、及び前記第２空間光変調器からの前記第２照射光を合成する合成光学素子を備える請求項１〜４のいずれか一項記載の照明装置。
6. 前記第１空間光変調器の前記複数の第１反射素子の配列面、及び前記第２空間光変調器の前記複数の第２反射素子の配列面を前記第１面と共役にする導光光学系を備え、
   前記合成光学素子は、前記第１空間光変調器と前記導光光学系との間の光路であって且つ前記第２空間光変調器と前記導光光学系との間の光路に配置される請求項５記載の照明装置。
7. 前記合成光学素子は、前記導光光学系の光軸の位置で前記第１空間光変調器からの前記第１照射光、及び前記第２空間光変調器からの前記第２照射光を合成する請求項６記載の照明装置。
8. 第１面の像を第２面に投影する露光装置であって、
   前記第１面を所定の照明領域で照明する請求項１〜７のいずれか一項記載の照明装置を備える露光装置。
9. 前記照明領域に対してマスクを保持して所定の走査方向に移動するマスクステージと、
   前記マスクステージの移動と同期して、基板を保持して移動する基板ステージと、
   前記照明領域に配置された前記マスクの像を前記基板に投影する投影光学系と、を備え、
   前記制御装置は、前記走査方向に関して前記照明領域の中央部分の照度分布がほぼ均一になり、前記走査方向に関する移動方向前方側の前記照明領域の第１エッジを含む第１周縁部分が前記第１エッジに向かって徐々に小さくなり、前記移動方向後方側の前記照明領域の第２エッジを含む第２周縁部分が前記第２エッジに向かって徐々に小さくなるように制御する請求項８記載の露光装置。
10. 前記マスク及び前記基板を前記走査方向に移動しながら前記照射光で前記基板が露光され、
    前記光源は、パルス状の前記照射光を発する請求項９記載の露光装置。
11. 請求項８〜１０のいずれか一項記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。

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